■ 激 揚(yáng)

海洋石油污染的克星
——石油降解菌

■ 激 揚(yáng)

隨著海上石油開發(fā)步伐的加快，海上石油運(yùn)輸日益頻繁，油井溢油、運(yùn)輸船只的泄漏原油、沿海煉油企業(yè)的排污等事故也逐年增多。石油一旦泄漏進(jìn)入海洋之后會對海洋生態(tài)產(chǎn)生多方面的危害。目前，出現(xiàn)海洋受到石油污染的事故時，常采用的方法包括物理法、化學(xué)法和生物法。然而在實(shí)現(xiàn)海洋石油污染生態(tài)修復(fù)過程中，生物修復(fù)技術(shù)由于多種突出優(yōu)勢成為當(dāng)前海洋生態(tài)修復(fù)的重要技術(shù)之一。在生物修復(fù)海洋石油污染事故中，石油降解菌的作用無疑是該項(xiàng)技術(shù)的核心。

生物降解的好處

相對于物理化學(xué)法降解受石油污染的海域，生物降解途徑是一種環(huán)境友好型的途徑，更能受到公眾的認(rèn)可；生物降解的最終產(chǎn)物為CO2和H2O等無機(jī)分子或易被水生生物利用的簡單小分子；在海洋溢油事故中，大量研究發(fā)現(xiàn)，通過人工篩選、培育，甚至改良這些微生物，然后將其投放到受污海域，進(jìn)行石油烴類的生物降解，具有成本低、見效快、無污染等特點(diǎn)。據(jù)不完全調(diào)查，生物修復(fù)的方法可節(jié)省大約50%～70%的費(fèi)用

石油降解菌群有哪些

在自然環(huán)境中，能夠降解石油的菌群并不多，但是一旦受到污染大部分菌群受到不同程度的抑制，而降解菌群得以迅速增長。而在海洋內(nèi)，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)100多個屬，200多種的石油降解菌，這些菌群中包括細(xì)菌、真菌、海藻、霉菌等，其中細(xì)菌79個屬、藍(lán)細(xì)菌9個屬、真菌103個屬和海藻19個屬。我國學(xué)者近來發(fā)現(xiàn)金黃色葡萄球菌和嗜冷桿菌對原油具有降解能力，主要有細(xì)菌類的無色 桿菌屬(Achromobacter)、不動桿菌屬；真菌類的金色擔(dān)子菌屬(Aureobasidium)、假絲酵母屬(Candida)等；霉菌類的青霉素（Penicillium）、曲霉屬（Apergillus）等以及酵母菌類的紅酵母菌屬( Rhodotorula)、畢赤氏酵母菌屬(Pichia)等。

降解的原理

在氧分子存在的條件下，石油類的各種組分在各種催化酶的作用下發(fā)生氧化反應(yīng)，得到逐步降解，最終轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水。各種石油組分由于結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致了在此降解過程中存在著多種中間代謝產(chǎn)物。例如，烷烴類物質(zhì)在氧化酶的作用下發(fā)生脫氫作用、羥化作用和氫過氧化作用，降解途徑從烷烴的末端開始，逐步代謝成伯醇、醛、脂肪酸，然后代謝成乙酰輔酶A進(jìn)入微生物代謝的三羧酸循環(huán)，最終礦化為CO2和水。環(huán)烷烴由于無末端甲基，經(jīng)過降解菌代謝時發(fā)生的過程是，經(jīng)環(huán)烷醇、酮、內(nèi)酯，然后開環(huán)代謝成脂肪酸。

石油類中更多的成分是苯及其苯系物，這些物質(zhì)的代謝過程是形成二醇或鄰苯二酚類物質(zhì)，進(jìn)一步降解為乙酰輔酶A或者琥珀酸等；多環(huán)芳烴類物質(zhì)雖然含量很低，但是屬于高致癌物質(zhì)，該物質(zhì)的降解機(jī)理也受到廣泛關(guān)注。多環(huán)芳烴受到真菌降解時是在加單氧酶等酶的作用下，逐步形成環(huán)氧化物、反式二醇、酚和反式二氫二酚；若在細(xì)菌的降解時受雙加氧酶的作用，逐步形成環(huán)氧化物、順式二醇、酚等。兩者最終的代謝產(chǎn)物皆為二氧化碳和水。另外，作為最難結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜被認(rèn)為極難被降解的瀝青質(zhì)，在共氧化的作用下被專性降解菌株所降解。

混合降解菌群

從理論上來講，所有的石油組分，都可以按照上述降解機(jī)理被石油降解菌代謝。但眾多研究表明，由于組分成分的復(fù)雜，外界環(huán)境的影響，石油降解菌的代謝能力也根據(jù)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和分子量大小等存在差異。

單一菌株對石油烴類種類和降解能力均有限，只能有選擇地降解一種或者幾種物質(zhì)，具有專一性。針對由多種復(fù)雜化合物組成的石油類物質(zhì)，探索開發(fā)出混合菌群，利用各種菌株的活性酶不同、降解物質(zhì)不同，通過條件優(yōu)化，甚至通過多途徑誘導(dǎo)菌群，尋找出混合菌群協(xié)同降解的途徑成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。

我國學(xué)者從唐山某受石油污染的海水中篩選出的芽孢桿菌屬、鞘氨醇桿菌屬和假單胞菌屬三株特性降解菌，通過組合發(fā)酵優(yōu)化得到石油降解率達(dá)到81.45%，性能較單一菌株明顯提高。這主要因?yàn)橐恍┪⑸锟梢援a(chǎn)生物表面活性劑對改善憎水性有機(jī)物的親水性，對其他石油降解菌株有促進(jìn)作用。另外，混合菌株之間還存在其他方面的加和作用和協(xié)同作用，提高了油類的降解效果。

影響海洋石油降解的因素

降解菌能否有效地修復(fù)受石油污染的海洋和降解石油的速率受到多種因素影響，這些影響因素包括生物性因素和非生物性因素。這些因素包括了降解菌的種屬、生物量以及代謝過程起到主導(dǎo)作用的酶的誘導(dǎo)能力；受污染海洋的環(huán)境因子（海水的pH值、溫度、營養(yǎng)物質(zhì)氮磷、鹽度和海流等）、石油的理化特性。同時包括降解過程中產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物、環(huán)境中的共代謝基質(zhì)都會影響降解的速率和進(jìn)程。

隨著海洋溢油、運(yùn)輸船泄漏導(dǎo)致的石油污染海洋的事故增多，進(jìn)行海洋生態(tài)修復(fù)的任務(wù)更加重要。而采用生物修復(fù)海洋石油污染作為一種高效、低廉的途徑受到了廣泛關(guān)注。